Литература 43 Приложение а (справочное) 44 1 Определение размеров рабочего пространства и футеровки печи

• Название: Литература 43 Приложение а (справочное) 44 1 Определение размеров рабочего пространства и футеровки печи
• Дата: 22.05.2022
• Размер: 1.74 Mb.
• Имя файла: Dokument_Microsoft_Word (1).docx
• Тип: Литература; #543227
• страница: 1 из 3

Содержание
Введение 3

Определение размеров рабочего пространства и футеровки

печи 6

Энергетический баланс и выбор мощности трансформатора 19

Выбор типа и определение размеров электрода 33

Расчет электрических параметров печи 36

Литература 43

Приложение А (справочное) 44

1 Определение размеров рабочего пространства и футеровки печи

Внутренние размеры ванны и плавильного пространства рассчитываются исходя из номинальной емкости печи.

Основными геометрическими параметрами ДСП являются: диаметр ванны по зеркалу жидкого металла, глубина ванны металла, внутренний диаметр кожуха печи, высота плавильного пространства [1].


При определении геометрических размеров печи необходимо задаться формой ванны. Наиболее распространенной для круглой трехфазной ДСП является сфероконическая ванна с углом между образующей и осью конуса, равным 45⁰ (рисунок 1.1).
При определении геометрии ванны главный вопрос заключается в выборе рационального значения диаметра ванны по зеркалу жидкого металла к глубине ванны жидкого металла (D_м/Н_м). Увеличение этого отношения ведет к уменьшению глубины металла (Н_м) и возрастанию диаметра зеркала металла (D_м), что способствует более качественному проведению металлургических процессов, протекающих на границе металл – шлак. Более высокое увеличение отношения D_м/Н_м ведет к увеличению габаритов кожуха и конструкции всей печи, что снижает ее технико-экономические показатели. Уменьшение значения отношения D_м/Н_м означает углубление жидкой ванны.
причем нижний предел относится к печам меньшей емкости, выпускающим металл сравнительно простого сортамента, когда не требуется проведения глубоких процессов рафинирования. Для печей средней и большой емкости, где осуществляется сложная технология раскисления металла с применением диффузионных процессов на границе металл - шлак, следует придерживаться верхнего предела. В большегрузных печах, предназначенных в основном для выплавки рядовых углеродистых сталей с короткой рафинировкой, это отношение составляет

Для печей небольшой емкости с кислой футеровкой
(1.3)
Полная глубина металлической ванны состоит из двух частей (рисунок 1.1)
, (1.4)
где Н_к – глубина металла конической части ванны, мм;

Н_с – глубина металла сферической части ванны, мм.
Для сфероконической ванны, где и [3], диаметр зеркала металла можно определить по следующей формуле [4]
, (1.5)
где V_м – объем жидкого металла, м³;

С – коэффициент.
Если высота сферического сегмента принимается равной 20% глубины жидкого металла ( ), то для этого случая коэффициент С определяется по формуле [2, 3, 5]
, (1.6)
где – коэффициент, равный отношению D_м/Н_м.

При расчёте объёма ванны, занимаемого жидким металлом и шлаком, принимают следующие значения плотности ρ [3]:

• 
  для стали 7,1 т/м³ (обратная величина – удельный объём v_м= 0,14 м³/т);
  
• 
  для кислого шлака 2,9 т/м³ (0,345 м³/т).
  

Тогда объём жидкого металла (V_м, м³) определяется

где G – заданная ёмкость печи, т;

v_м – удельный объём стали, м³/т;
Объём шлака составляет 20% объёма металла в небольших печах и 15÷17 % - в крупных, поэтому объём шлака (V_ш, м³) определяется по формуле [3]
(1.11)
Высота слоя шлака (Н_ш, мм) определяется по формуле [2]
(1.12)
Учитывая, что объём ванны печи состоит из объёма усечённого конуса и объёма шарового сегмента, объём жидкого металла можно вычислить [7]
(1.13)
Если в это выражение подставить значения
, , ,
то объём жидкого металла можно выразить через D_м или через Н_м.

Как видно из рисунка 1.1 диаметр зеркала шлака можно определить
(1.14)
Уровень порога рабочего окна принимается на уровне зеркала шлака или на 30 мм выше [3], тогда диаметр на уровне порога завалочного окна
, (1.15)
где Н_п – расстояние от зеркала шлака до уровня порога рабочего окна, мм.
Уровень откосов рекомендуется принимать для печей всех ёмкостей на 60 мм выше уровня порога рабочего окна [3], тогда диаметр ванны на уровне откосов
, (1.16)
где Н_от – расстояние от уровня порога рабочего окна до уровня откосов, мм.
Полная глубина ванны включает следующие величины (рисунок 1.1)
(1.17)
После определения основных размеров ванны приступают к определению размеров свободного пространства печи, основными размерами которого являются:

1. 
   диаметр плавильного пространства на уровне откосов (D_п.п);
   
2. 
   высота плавильного пространства (Н_п.п – высота от уровня откосов до внутренней поверхности свода);
   
3. 
   высота стен от уровня откосов до пят свода (Н_ст).
   

Диаметр плавильного пространства печи принимается равным диаметру ванны на уровне откосов [3]
(1.18)
Высота плавильного пространства печи состоит из двух величин
, (1.19)
где Н_ст – высота стены от уровня откосов до пят свода печи, мм;

Н_стр – стрела выпуклости свода, мм.

Л.Е.Никольский и др. [2] с теплотехнической точки зрения высоту плавильного пространства и высоту стен печи рекомендуют выбирать в следующих пределах
(1.24)
Н_ст для печей с кислой футеровкой

(1.26)
С учётом коэффициента теплового расширения огнеупорного материала стрелу выпуклости свода на практике принимают [3]:
(1.28)
Для предварительных расчётов D_св рекомендуется принимать равным диметру кожуха на уровне пят свода D_к.св [3] или D_св>D_к.св [2].

После выбора внутренних размеров печного пространства следует определить его внешние размеры, для чего необходимо принять конструктивные решения футеровки печи с выбором профиля кладки боковых стен, огнеупорных и теплоизоляционных материалов для подины стен и свода печи. В настоящее время с целью повышения стойкости свода печи, его выкладывают только из рабочего слоя, т.е. без теплоизоляционного слоя. На основании опыта эксплуатации ДСП заводов качественной металлургии и учитывая размеры стандартных огнеупорных кирпичей И.Ю. Зинуров и др. [2] рекомендуют следующие толщины сводов (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Толщина сводов ДСП (по И.Ю. Зинурову)

G, т	4÷8	9÷20	21÷35	36÷55	56÷75	76÷100
δсв, мм	300	300	380	380	460	460

Профиль футеровки стены (рисунок 1.2) определяет тепловую работу ДСП и такие технико-экономические показатели, как стойкость футеровки, удельный расход электрической энергии, расходы по переделу. Для ДСП применяют стены различной конструкции:

1. 
   цилиндрические – для маломощных ДСП первого и второго поколений и для современных высокомощных ДСП четвёртого поколения с водоохлаждаемыми панелями (рисунок 1.2, а);
   
2. 
   ступенчатые – на реконструированных ДСП второго поколения (при соответствующей ступенчатой конструкции кожуха (рисунок 1.2, б);
   
3. 
   конические – на ДСП фасонно-литейных цехов машиностроительных заводов, работающих с набивной футеровкой стен (рисунок 1.2, в);
   
4. 
   сложного профиля – для ДСП третьего поколения, имеющих повышенную электрическую мощность (рисунок 1.2, г, д).
   

Увеличение стойкости футеровки стен обеспечивается в основном тогда, когда угол ₁=25÷30⁰. Для обеспечения такого угла И.Ю. Зинухов рекомендует иметь углы наклона конической вставки [2] приведенные в таблице 1.3.
Таблица 1.3 – Углы наклона конической вставки футеровки стен ДСП

G, т	5 – 30	36 – 70	71 – 20
к, град	12 – 17	18 – 22	23 – 30

Коническая часть кожуха начинается от верхнего уровня откосов и составляет по высоте
(1.29)
Стремление увеличить стойкость футеровки стен привело к использованию водоохлаждаемых элементов в ДСП с цилиндрическим и другими кожухами.

Кладки стен дуговых сталеплавильных печей ранее выполнялись трёхслойными (изоляционный, арматурный и рабочий слой). Наличие теплоизоляционного слоя, как показали исследования, отрицательно сказывается на стойкости стен. Наличие арматурного ряда полезно, так как при этом более полно вырабатывается рабочий ряд кладки. Исходя из современных представлений, целесообразно футеровку боковых стен выполнять двухслойной, состоящей из арматурного и рабочего рядов [2]. Зинуров И.Ю. и др. [2] на основании обобщения опыта эксплуатации ДСП различной ёмкости рекомендуют толщины арматурного и рабочего рядов боковых стен приведенные в таблице 1.4.
Таблица 1.4 – Толщина арматурного и рабочего рядов боковых стен ДСП (по Зинурову И.Ю.)

G, т	4 – 8	9 – 20	21 – 35	36 – 55	56 – 75	76 – 100
Верхняя часть рабочего ряда ( ), мм	230	230	300	300	300	300 -380
Нижняя часть рабочего ряда ( ), мм	300 -380	300 -380	380	380	460	460
Арматурный ряд, мм	65	65	65	115	115	115

Внутренний диаметр кожуха определяется [3]

1) на уровне откосов
(1.30)
2) на уровне пят свода
(1.31)
где – толщина боковой стенки на уровне откосов, мм;

– толщина боковой стенки на уровне пят свода, мм.
Толщина стенки кожуха ДСП , мм равна [3]

для печи ёмкостью 55 т
(1.32)
Исходя из заданной ёмкости ДСП толщину подины определяют по формуле [3]
(1.35)
В рекомендациях А.В. Егорова [9] для ДСП ёмкостью 6÷100т рабочая часть кладки подины состоит только из периклазового кирпича (несколько рядов размером 230×115×65 мм) с общей толщиной 295÷575 мм. Рекомендуемая толщина слоев подины для разных емкостей ДСП согласно Егорову А.В. приведены в таблице 1.7.
Таблица 1.7 – Толщина слоев подин ДСП (по Егорову А.В.)

G, т	6	12	25	50	100
Подина: -набивной слой, мм; -рабочая часть, мм; -теплоизоляционный слой, мм.	100 295 85	150 360 85	150 475 105	150 525 115	150 575 180
Общая толщина, мм	480	595	730	790	905

При изготовлении подины печи днище кожуха покрывают одним или двумя слоями листового асбеста (10÷20мм), наносят выравнивающий слой шамотного порошка (10÷40мм), на который указывают один или два ряда шамотного кирпича на плашку (65÷130мм). Далее при изготовлении огнеупорного слоя могут быть различные варианты, некоторые [9,10] из них приведены выше. На рисунке 1.3 приведены примеры изготовления подины ДСП, рекомендуемые А. В. Егоровым [9]. Существуют и другие способы изготовление подин [12, 13].

Ширина рабочего окна печи принимается [6]
(1.36)
Высота окна составляет по данным [3]
(1.37)
при стреле арки
(1.38)

Для ДСП весьма важным размером с точки зрения теплообменных процессов является отношение D_р.э/D_от. Диаметр распада электродов (D_р.э) характеризует расположение электрических дуг в рабочем пространстве печи.



Для определения диаметра распада электродов (диаметр окружности, проходящей через оси электродов) А.В.Егоров [9] предлагает следующую формулу
, (1.41)
По данным [3] отношение D_р.э/D_от выбирается в зависимости от диаметра электрода d_э и принимается согласно таблицы 1.8.

Таблица 1.8 - D_р.э/D_от в зависимости от диаметра электрода

dэ, мм	100÷300	300÷500	>500
Dр.э/Dот	0,35	0,33	0,3

Диаметр электродного отверстия на своде (d₀) определяется [3]
, (1.42)
где d = 10 мм при d_э= 100÷300 мм, d = 15 мм при d_э=300÷500 мм и d = 20 мм при d_э > 500 мм.
В случае выбора цилиндрической формы кожуха, его размеры определяются после вычерчивания масштабного эскиза печи с учётом рекомендаций относительного угла вставки конической части кожуха (рисунок 1.4).